FUSION ET SOLIDIFICATION
667. Fusion : définition du phénomène. — Des divers phénomènes que présentent les corps sous l'influence de la chaleur, il n'a été question jusqu'ici que de leur dilatation. Or, en ne considérant d'abord que les solides, leur dilatation a une limite. En effet, l'expérience fait voir qu'un corps s'échauffant graduellement, il arrive un moment où la cohésion entre les molécules est vaincue par le mouvement vibratoire qui constitue la chaleur, et alors un nouveau phénomène se produit: Infusion, c'est-àdire le passage de Vêlât solide à l'état liquide.
Toutefois un grand nombre de substances, comme le papier, le bois, la laine, certains sels, ne fondent pas sous l'action d'une température élevée, mais sont décomposées. De tous les corps simples, un seul n'a pu être fondu jusqu'ici par l'action des sources de chaleur les plus intenses : c'est le carbone. Cependant, en le soumettant à l'action d'un courant électrique très puissant, Dpspretz est parvenu à ramollir ce corps jusqu'à le rendre flexible, ce qui indique un état voisin de la fusion.
668. Lois de la fusion. — Énoncé. • — Le phénomène de la fusion des corps est soumis à deux lois expérimentales.
1° Sous une pression constante, tout corps entre en fusion à une température déterminée, invariable pour chaque substance et qu'on appelle point de fusion.
2° Quelle que soit Vintensité de la source de chaleur, dès que la fusion est commencée, la température cesse de s'élever et reste égale à celle du point de fusion jusqu'à ce que celle-ci soit complète.
Vérification. — Ces lois n'ont été bien constatées que dans la seconde moitié du dix-huitième siècle. On croyait alors que le point de fusion des corps solides était variable, suivant les circonstances de lieu (altitude ou latitude) dans lesquelles on réalisait la fusion. C'est Black qui énonça le premier, et qui démontra, la constance du point de fusion de la glace et des autres corps solides.
On vérifie les lois de la fusion par les procédés mêmes qui servent à déterminer exactement les points de fusion.
Cas général. — Le cas le plus simple est celui où l'on a à sa dis-
CHANGEMENTS D'ETAT DES CORPS
position une masse notable du corps à expérimenter. On le chauffe directement dans un vase en verre de Bohême, analogue à celui de la figure 703. On n'a alors qu'à plonger la boule d'un thermomètre (bien calibré et bien vérifié) dans la substance en fusion. On note le point d'arrêt de la colonne pendant la durée du changement d'état, et on constate : 1° que ce point d'arrêt est toujours le même pour une même substance, chimiquement définie : c'est le point de fusion; 2° que ce point d'arrêt est constant, aussi longtemps qu'il reste des parcelles de la substance non fondues.
Si l'on a soin, pendant l'observation du point d'arrêt, de remuer les couches restées liquides, et si l'on fait la correction de température relative à la portion de la tige du thermomètre qui n'est pas immergée, on obtient le point réel de fusion.
Cas particuliers. — Quand on n'a qu'une faible quantité de la substance, on opère autrement.
On en introduit quelques milligrammes dans un tube effilé presque capillaire et à parois minces, et l'on a soin d'établir le contact du corps avec la paroi interne du tube par une fusion préalable suivie d'un refroidissement. Le tube ainsi préparé est fixé à la tige d'un thermomètre, de manière que la boule de celui-ci se trouve à la hauteur de la masse figée, et l'on plonge le système (fig, 703) dans un vase en verre de Bohême contenant de Veau, de la paraffine blanche ou de Y huile oV amandes douces, suivant la température qu'on doit atteindre. FiS- 703- On chauffe graduellement, en remuant doucement le liquide avec le système, et l'on saisit le point où la masse figée se liquéfie et devient transparente. Cette température (corrigée de l'erreur due à l'émersion d'une partie de la tige) donne le point de fusion.
669. Généralités sur les points de fusion. — On a réuni dans le
tableau ci-dessous les points de fusion d'un grand nombre de substances. On voit combien ces températures sont différentes,
même pour des substances qui appartiennent à la même famille de corps simples. Ainsi pour le mercure et le platine, qui sont l'un et l'autre des métaux, l'écart des points de fusion atteint 1800°. De même, l'iode ne fond qu'à une température supérieure à 100°, tandis que le brome devient liquide à partir de — 7°, 5.
NOMS DES SUBSTANCES
a 3 va «*-
eu <v S -o
NOM DES SUBSTANCES
es S «u «m
CU ÛJ
Iridium au-dessus de
Platine
Succin
Bismuth
Chlorure de zinc
Étain
Palladium
Fer martelé anglais
Fer doux français
Acier, le moins fusible. . . .
Acier, le plus fusible ....
Or
Sélénium
Arsenic
Nitrate d'argent
Camphre de Bornéo. ....
Camphre du Japon
Sucre de canne
Colophane
Fonte grise 1100 à
Fonte blanche .... 1030 ta Or au titre de la monnaie. .
Cuivre
Soufre
Iode .
Sucre de raisin
Ambre gris
Cuivre jaune
Argent
Bronze
Aluminium
Tellure
Alliage Darcet (5 plomb, 5
étain, 8 bismuth)
Sodium
Cadmium. .
Zinc.
Naphtaline
Iodure d'argent
Antimoine
Bromure d'argent
Chlorure d'argent ......
Plomb
Cire jaune ....
Cire blanche
Stéarine
Spermaceti
Potassium
Phosphore
Paraffine
Chlorate de potasse
Alliages divers.
— 3 équiv. plomb 1 élain
Suif
Beurre
Eau
Brome
Éthers divers., au-dessous de Mercure
Ammoniaque anhydre. . . .
Alcool absolu., au-dessous de
Certains composés ont un point de fusion intermédiaire entre les points de fusion de leurs éléments : tels sont Y iodure d'argent
CHANGEMENTS D'ÉTAT DES CORPS. 877
et le bromure d'argent. Certains autres, au contraire, tels que les alliages de plomb et d'étain, ou de plomb, d'étain et de bismuth. Tondent à des températures inférieures aux points de fusion des métaux composants.
Enfin, pour certains corps, qui se ramollissent avant de fondre et passent par un état pâteux avant d'arriver à l'état liquide, il n'est pas possible de déterminer avec précision le point de fusion. C'est ce qui a lieu pour les verres de différentes espèces, dont la fusibilité est très variable avec la composition.
670. Chaleur de fusion : travail consommé. — On a VU ci-deSSUS
que lorsqu'un corps passe de l'état solide à l'état liquide, sa température reste constante et égale à celle du point de fusion pendant toute la durée du phénomène, et cela quelle que soit l'intensité de la source de chaleur. Toute la chaleur communiquée pendant la fusion disparaît donc comme chaleur sensible ; d'où Ton conclut qu'elle est consommée par le travail interne nécessaire pour obtenir l'état moléculaire qui constitue la fluidité. Cette quantité de chaleur transformée en travail a été désignée longtemps sous le nom de chaleur latente de fusion : on peut l'appeler simplement chaleur de fusion, nom qui exprime mieux la nul ure du phénomène.
L'expérience suivante est propre à donner une idée exacte de ce qu'il faut entendre par chaleur de fusion. Si l'on mélange d'abord 1 kilogramme d'eau à 0° avec le même poids d'eau à 79°, on a immédiatement 2 kilogrammes d'eau à 39°, 5, c'est-à-dire à une température moyenne entre celles des deux liquides mélangés : ce qu'il était facile de prévoir, puisque tous les deux étaient de même nature et en quantité égale. Mais si Ton mélange 1 kilogramme de glace pilée avec un égal poids d'eau à 79°, la glace fond aussitôt, et l'on obtient c2 kilogrammes d'eau à 0°. On voit par là que, sans changer de température, et uniquement pour fondre, 1 kilogramme de glace absorbe la quantité de chaleur qui serait nécessaire pour élever de 0° à 79° 1 kilogramme d'eau. Cette quantité de chaleur représente donc la chaleur de fusion de la glace.
Définition. — En général, c'est la quantité de chaleur nécessaire pour fondre Y unité de poids d'un solide, sans élévation de température, qu'on appelle proprement sa chaleur de fusion.
Chaque substance a une chaleur de fusion propre ; on verra bientôt comment on la détermine par l'expérience.
